水稻葉面積測量方法的研究

馬 敏，李緒孟

（湖南農(nóng)業(yè)大學 理學院，湖南 長沙410128）

水稻株型改良在水稻增產(chǎn)上起著重要的作用。水稻葉面積是水稻株型研究通常需要測量的形態(tài)指標，對于水稻葉面積的測量問題的研究從很早之前就已經(jīng)成為熱門。關(guān)于水稻葉面積的測量或者計算已經(jīng)有幾種比較成熟的辦法。較為常見的測定植物葉面積的方法有：長寬校正法、復(fù)印稱重法、葉面積儀測定法、方格紙法等。由于需要測量所有植株的全部葉片，且隨著植株的生長，葉片數(shù)量增多，葉面積增大，這些測量都屬于破壞性測量，且存在不易在大面積范圍內(nèi)開展的缺陷。所以，準確、快速地在田間條件下測定植物葉面積，對了解植物的生長、發(fā)育狀況，對于水稻株型形態(tài)研究和水稻冠層光分布模型的建立以及理想株型的改良具有重要意義。因此，研究一種快捷精確的葉面積測量方法有重要的實際意義。

1 國內(nèi)外研究動態(tài)

關(guān)于水稻葉面積的測量有幾種比較成熟的辦法。較為常見的測定植物葉面積的方法有：長寬校正法(張憲政1992)、復(fù)印稱重法(Yoshida等1976)、葉面積儀測定法(朱德峰和亢亞軍1996；Dobermann和Pampolino 1995)、方格紙法(劉貫山1996)、打孔稱重法等。植物苗齡較小時，采用各種方法都比較方便；但隨著苗齡的增加，葉片數(shù)增多，測定的難度即越來越大，由于幾乎所有的方法都需要采集樣點上所有植株的全部葉片進行測定，這樣做費時費力。另外，葉面積儀測定法需要的儀器設(shè)備一般價格比較昂貴，測定較為耗時；應(yīng)用長寬校正法時，需要在測定不同品種的水稻(Oryza sativa L.)所需的校正系數(shù)后才能獲得準確的結(jié)果；復(fù)印稱重法是經(jīng)典的測定方法，但是植物生長后期的葉面積較大時十分費力和耗時。打孔稱重法則是基于相近葉位葉片的比葉重(單位面積葉片質(zhì)量)相對恒定的原理，通過測定采樣區(qū)植物葉片干重和極少量葉片比葉重來計算葉面積的方法，采用打孔稱重法可以大大地降低工作量。此法曾在測定煙草葉面積中應(yīng)用過，但得出的結(jié)論認為不適合于煙草葉面積的測定(劉貫山1996);但此方法已成功地用于馬鈴薯葉面積的(Sattelmacher私人通訊)，所以，此法還有待于進一步的研究。

2 研究的主要內(nèi)容

（1）實驗數(shù)據(jù)采集。水稻的生長過程分為：幼苗期、秧苗分蘗期、幼穗發(fā)育期、開花結(jié)實期。其中在秧苗分蘗期葉片增多，此時營養(yǎng)的構(gòu)建對水稻以后的生長有很重要的意義，在抽穗期葉面積指數(shù)對于光合作用以及水稻的產(chǎn)量有著重要的意義，所以，這兩個時期會作為我們重點大規(guī)模進行葉片測量的時期。對于已有的葉面積測定方法，經(jīng)過遴選，我們選用比較準確且操作性比較強的打孔稱重法對葉面積進行測定。以此作為后面葉面積研究的參考值。

（2）實驗數(shù)據(jù)的處理。①長寬法計算葉面積。長寬法測量計算水稻葉面積的一般公式為：葉面積=葉長*葉寬*K（K=0.75），在1996年，朱德峰曾經(jīng)對此進行過研究，得出的結(jié)論是，計算葉面積時用的校正系數(shù)實際上是對葉片寬度的校正，是反映葉片寬度在葉片上的變化因子（平均葉片寬度與最大葉片寬度之間的比值），這就使得不同葉形品種之間使用相同的校正系數(shù)，造成葉面積的誤差。所以，我們對計算方法進行了改進，采用三點測量，即取葉片最長距離以及三個寬度（1/5處,1/2處,1/5處測量葉寬），傳統(tǒng)校正系數(shù)K就是在虛擬葉片邊界之后得到的一個值，我們采用同樣的方式，使用擬合葉片的邊界積分計算葉面積，雖然取樣數(shù)據(jù)較多，運算強度加大，但是通過三組寬度得到葉片長和寬的關(guān)系，隨之使得葉面積測量結(jié)果也更加準確。②應(yīng)用統(tǒng)計回歸方法擬合葉寬、葉長與葉基距的關(guān)系，葉寬、葉長與葉齡的關(guān)系。設(shè)葉長為a，葉寬為b，葉齡為X,葉基的距地距離為Y。應(yīng)用統(tǒng)計回歸方法擬合葉寬、葉長與葉基距的關(guān)系，葉寬、葉長與葉齡的關(guān)系。為了大致了解葉長、葉寬分別與葉齡、葉基的距地距離的關(guān)系，首先，對收集的數(shù)據(jù)進行曲線擬合，畫出散點圖,觀察判斷是線性關(guān)系還是二次曲線關(guān)系等等。根據(jù)圖像建立相對應(yīng)的回歸模型，計算出回歸系數(shù)。將計算水稻葉面積與長和寬之間的計算公式轉(zhuǎn)換為含有回歸系數(shù)的計算，檢驗結(jié)果是否準確，進而判斷水稻葉面長和寬與葉齡與葉基距地距離之間的關(guān)系。

（3）計算模型的提取。①利用Matlab統(tǒng)計工具箱中的命令regress進行模型模型求解。將所有的實驗數(shù)據(jù)進行excel輸入，推求一個解析函數(shù)y=f(x)使其通過或近似通過有限序列的資料點(xi，yi)，通常用多項式函數(shù)通過最小二乘法求得此擬合函數(shù)。利用首先確定回歸系數(shù)的點估計值

然后，求回歸系數(shù)的點估計和區(qū)間估計、并檢驗回歸模型：[b,bint,r,rint,stats]=regress(Y,X,alpha)。最后，畫出殘差及其置信區(qū)間：rcoplot（r，rint）。②在實驗過程中發(fā)現(xiàn)其它建模方法。

（4）計算軟件編寫。利用C++或者Matlab進行編程?？晒┮话阌嬎銠C工作人員使用，只需要從網(wǎng)上下載該測量軟件，安裝后進行注冊。輸入用戶名和密碼之后便可以進入測量界面，頁面左側(cè)有一個工具欄，有水稻葉長、葉寬、葉齡、葉基距地距離、葉脈數(shù)量等相關(guān)選項，可以根據(jù)用戶對水稻葉面不同的測量方面進行選擇。運行的結(jié)果會被永久的存儲在系統(tǒng)中，只要登錄就能查看測量歷史。

3 研究的主要創(chuàng)新點

（1）在進行大規(guī)模的水稻葉片葉面積分析的基礎(chǔ)上，建立數(shù)學模型，建立葉面積與葉齡、葉寬、葉長、葉基距等之間關(guān)系的數(shù)學模型。

（2）本研究測量葉面積考慮了更多的因素，如多組葉寬與一組葉長、葉齡、葉基距等。

（3）利用專業(yè)知識，進行計算機編程，使得輸入幾組相關(guān)測量數(shù)據(jù)就可以快速準確的得到水稻葉面積的值。

（4）采用本方法能夠在不破壞植物繼續(xù)生長的基礎(chǔ)上對葉面積進行測量。